Ponieważ 4K zastępuje HD w naszych domach, producenci ujawniają kilka interesujących żargonów marketingowych, na przykład „skalowanie do Ultra HD” (UHD). Jednak skalowanie w górę nie jest unikalną funkcją – pozwala po prostu telewizorom 4K pracować z formatami wideo o niższej rozdzielczości, na przykład 1080p i 720p.
Spis treści:
Wszystkie telewizory mają możliwość skalowania
Skalowanie w górę oznacza, że zawartość o niskiej rozdzielczości wypełni cały ekran telewizora. Bez tego wideo o niskiej rozdzielczości zajmuje mniej niż połowę powierzchni ekranu. Jest to typowa funkcja we wszystkich telewizorach. Miały to nawet telewizory 1080p – mogły skalować zawartość 720p i wyświetlać ją w trybie pełnoekranowym na ekranie 1080p.
Skalowanie do rozdzielczości UHD sprawia, że telewizor 4K działa jak każdy inny. Może pobierać treści o niższej rozdzielczości i wyświetlać je na całym ekranie 4K.
Skalowane treści 1080p na ekranie 4K często wyglądają lepiej niż treści 1080p na normalnym ekranie 1080p. Jednak skalowanie w górę to nie magia – nie uzyskasz tak ostrego obrazu, jak w przypadku prawdziwej, natywnej zawartości 4K. Oto jak to działa.
Rozdzielczość istnieje na poziomie fizycznym i wizualnym
Zanim przejdziemy do skalowania, musimy zrozumieć pojęcie rozdzielczości obrazu. Na pierwszy rzut oka jest to stosunkowo prosta koncepcja. Obraz lub film o wysokiej rozdzielczości wygląda „lepiej” niż obraz lub film o niskiej rozdzielczości.
Jednak zwykle zapominamy o niektórych kluczowych aspektach, a mianowicie o różnicy między rozdzielczością fizyczną a rozdzielczością optyczną. Te aspekty współdziałają ze sobą, tworząc dobry wizerunek i stanowią podstawę zrozumienia skalowania. Zamierzamy również omówić gęstość pikseli – ale nie martw się – postaramy się, aby wszystko było krótkie i przyjemne.
Rozdzielczość fizyczna: w specyfikacji telewizora rozdzielczość fizyczna jest po prostu nazywana „rozdzielczością”. To liczba pikseli na wyświetlaczu. Telewizor 4K ma więcej pikseli niż telewizor 1080p, a obraz 4K jest cztery razy większy niż obraz 1080p. Wszystkie wyświetlacze 4K, niezależnie od ich rozmiaru, zawierają tę samą liczbę pikseli. Chociaż telewizory o wysokiej rozdzielczości fizycznej mogą wykorzystywać dodatkowe piksele, aby oferować dodatkowe szczegóły, nie zawsze tak się to udaje. Rozdzielczość fizyczna jest zdana na łaskę rozdzielczości optycznej.
Rozdzielczość optyczna: dlatego zdjęcia ze starego jednorazowego aparatu wyglądają lepiej niż fantazyjne zdjęcia z aparatu cyfrowego Twojego pretensjonalnego przyjaciela. Kiedy zdjęcie wygląda na ostre i ma wyraźny zakres dynamiczny, ma wysoką rozdzielczość optyczną. Telewizory czasami marnują swoją wysoką rozdzielczość fizyczną, wyświetlając wideo o kiepskiej rozdzielczości optycznej. Prowadzi to do rozmytych obrazów i kontrastu. Czasami jest to wynikiem skalowania w górę, ale wrócimy do tego za minutę.
Gęstość pikseli: liczba pikseli na cal na wyświetlaczu. Wszystkie wyświetlacze 4K zawierają tę samą liczbę pikseli, ale na mniejszych wyświetlaczach 4K piksele są bliżej siebie, więc mają dużą gęstość pikseli. Na przykład iPhone 4K ma większą gęstość pikseli niż 70-calowy telewizor 4K. Wspominamy o tym, aby wzmocnić ideę, że rozmiar ekranu to nie to samo, co rozdzielczość fizyczna, a gęstość pikseli ekranu nie definiuje jego fizycznej rozdzielczości.
Teraz, gdy wszyscy dostrzegliśmy różnicę między rozdzielczością fizyczną i optyczną, czas zająć się skalowaniem.
Zwiększenie rozmiaru sprawia, że obraz jest „większy”
Każdy telewizor zawiera bałagan algorytmów interpolacji, które służą do skalowania obrazów o niskiej rozdzielczości. Algorytmy te skutecznie dodają piksele do obrazu, aby zwiększyć ich rozdzielczość. Ale dlaczego miałbyś zwiększać rozdzielczość obrazu?
Pamiętaj, rozdzielczość fizyczna jest definiowana przez liczbę pikseli na wyświetlaczu. Nie ma to nic wspólnego z rzeczywistym rozmiarem telewizora. Ekran telewizora 1080p składa się tylko z 2073600 pikseli, podczas gdy ekran 4K ma 8 294 400 pikseli. Jeśli wyświetlasz wideo 1080p na telewizorze 4K bez skalowania w górę, wideo zajmie tylko jedną czwartą ekranu.
Aby obraz 1080p pasował do wyświetlacza 4K, musi uzyskać 6 milionów pikseli w procesie skalowania (w tym momencie stanie się obrazem 4K). Jednak skalowanie w górę opiera się na procesie zwanym interpolacją, który jest tak naprawdę tylko gloryfikowaną grą w zgadywanie.
Skalowanie w górę zmniejsza rozdzielczość optyczną
Obraz można interpolować na kilka sposobów. Najbardziej podstawowa to interpolacja „najbliższego sąsiada”. Aby wykonać ten proces, algorytm dodaje do obrazu siatkę „pustych” pikseli, a następnie zgaduje, jaką wartość koloru powinien mieć każdy pusty piksel, patrząc na cztery sąsiednie piksele.
Na przykład pusty piksel otoczony białymi pikselami zmieni kolor na biały; podczas gdy pusty piksel otoczony białymi i niebieskimi pikselami może mieć kolor jasnoniebieski. Jest to prosty proces, ale pozostawia na obrazie wiele cyfrowych artefaktów, rozmazań i nierównych konturów. Innymi słowy, obrazy interpolowane mają słabą rozdzielczość optyczną.
Po lewej: zdjęcie nieedytowane. Po prawej: po interpolacji najbliższego sąsiada.
Porównaj te dwa obrazy. Ten po lewej jest nieedytowany, a ten po prawej jest ofiarą procesu interpolacji najbliższego sąsiada. Obraz po prawej wygląda okropnie, mimo że ma taką samą rozdzielczość fizyczną, jak ten po lewej. Dzieje się to na małą skalę za każdym razem, gdy telewizor 4K używa interpolacji najbliższego sąsiada do przeskalowania obrazu.
„Poczekaj chwilę”, możesz powiedzieć. „Mój nowy telewizor 4K w niczym nie wygląda tak!” Cóż, to dlatego, że nie polega całkowicie na interpolacji najbliższego sąsiada – wykorzystuje mieszankę metod, aby przeskalować obrazy.
Zwiększanie rozdzielczości również próbuje rozwiązać problem rozdzielczości optycznej
OK, więc interpolacja najbliższego sąsiada jest błędna. Jest to brutalna metoda zwiększania rozdzielczości obrazu, która nie bierze pod uwagę rozdzielczości optycznej. Dlatego telewizory używają dwóch innych form interpolacji obok interpolacji najbliższego sąsiada. Są one nazywane interpolacją dwuliniową (wygładzającą) i dwuliniową (wyostrzającą) interpolacją.
Po lewej: przykład interpolacji dwuliniowej. Po prawej: przykład interpolacji dwukubowej.
Dzięki interpolacji bicubic (wygładzającej) każdy piksel dodany do obrazu wygląda na 16 sąsiednich pikseli, aby przybrać kolor. W rezultacie obraz jest zdecydowanie „miękki”. Z drugiej strony dwuliniowa (wyostrzająca) interpolacja dotyczy tylko najbliższych dwóch sąsiadów i daje „ostry” obraz. Łącząc te metody – i stosując filtry dla kontrastu i koloru – telewizor może generować obraz, który nie wykazuje zauważalnej utraty jakości optycznej.
Oczywiście interpolacja jest nadal grą w zgadywanie. Nawet przy prawidłowej interpolacji niektóre filmy mogą nabierać efektu „duchów” po przeskalowaniu – zwłaszcza jeśli twój tani telewizor jest do bani w skalowaniu. Artefakty te stają się również bardziej widoczne, gdy obrazy o bardzo niskiej jakości (720p i niższe) są skalowane do rozdzielczości 4K lub gdy obrazy są skalowane na szalenie dużych telewizorach z małą gęstością pikseli.
Powyższy obraz nie jest przykładem skalowania z telewizora. Zamiast tego jest przykładem skalowania w górę dla wydania Buffy The Vampire Slayer HD DVD (zaczerpniętego z eseju wideo autorstwa Pasja The Nerd). To dobry (choć skrajny) przykład tego, jak słaba interpolacja może zrujnować obraz. Nie, Nicholas Brendon nie ma na sobie jakiegoś woskowego makijażu wampirów, to właśnie stało się z jego twarzą podczas procesu skalowania.
Chociaż wszystkie telewizory oferują skalowanie w górę, niektóre mogą mieć lepsze algorytmy skalowania niż inne, co daje lepszy obraz.
Skalowanie jest konieczne i rzadko zauważalne
Nawet pomimo wszystkich swoich wad, skalowanie jest dobrą rzeczą. Jest to proces, który zwykle przebiega bezproblemowo i umożliwia oglądanie różnych formatów wideo na tym samym telewizorze. Czy to jest doskonałe? Oczywiście nie. Dlatego niektórzy puryści filmowi i gier wideo wolą cieszyć się starą sztuką na jej przeznaczonym nośniku: starych telewizorach. Ale na razie skalowanie nie jest czymś, czym można się zbytnio ekscytować. Nie jest też czymś, czym można się zbytnio denerwować.
Warto wspomnieć, że formaty wideo 8K, 10K i 16K są już obsługiwane przez część sprzętu, którego używamy na co dzień. Jeśli technologia skalowania nie nadąża za formatami o wysokiej rozdzielczości, istnieje szansa, że spowoduje to znacznie większą utratę jakości niż to, do czego jesteśmy przyzwyczajeni.
Ponieważ producenci i serwisy streamingowe wciąż zbliżają się do 4K, może nie powinniśmy się jeszcze martwić o 8K.